Nunca antes RuNet experimentou tanta sede de conhecimento em mecânica quântica como após a publicação no jornal Kommersant de um artigo mencionando planos para introduzir o “teletransporte” na Rússia. O programa da Agência de Iniciativas Estratégicas (ASI) para o desenvolvimento tecnológico da Rússia, porém, não se limita ao “teletransporte”, mas é este termo que tem atraído a atenção das redes sociais e da mídia e se tornou o motivo de muitas piadas.

Em seguida, as partículas emaranhadas são transportadas até a distância necessária - de modo que os fótons A e B permaneçam em um lugar e os fótons C em outro. Um cabo de fibra óptica é colocado entre os dois pontos. Observe que a distância máxima em que o teletransporte quântico foi realizado já é superior a 100 km.

O objetivo é transferir o estado quântico da partícula A desembaraçada para a partícula C. Para fazer isso, os cientistas medem a propriedade quântica dos fótons A e B. Os resultados da medição são então convertidos em um código binário que informa as diferenças entre as partículas A e B. .

Este código é então transmitido através de um canal de comunicação tradicional - uma fibra óptica, e o destinatário da mensagem na outra extremidade do cabo, que possui a partícula C, utiliza esta informação como uma instrução ou chave para manipular a partícula C - em essência, restaurando o estado que a partícula C tinha com a ajuda da partícula C A. Como resultado, a partícula C copia o estado quântico da partícula A - a informação é teletransportada.

Por que tudo isso é necessário?

Em primeiro lugar, o teletransporte quântico está planejado para ser usado em tecnologias de comunicação quântica e criptografia quântica - a segurança desse tipo de comunicação parece atraente tanto para as empresas quanto para o estado, e o uso do teletransporte quântico permite evitar a perda de informações quando os fótons se movem ao longo de uma fibra óptica.

Por exemplo, recentemente soube-se da transferência bem-sucedida de informações quânticas entre dois escritórios do Gazprombank em Moscou por meio de uma fibra óptica de 30,6 quilômetros de comprimento. O projeto, no qual o Centro Quântico Russo (RCC) trabalhou, e no qual o Gazprombank e o Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa investiram 450 milhões de rublos, na verdade acabou sendo a primeira linha de comunicação quântica “urbana” na Rússia.

Outra direção são os computadores quânticos, onde partículas emaranhadas podem ser usadas como qubits - unidades de informação quântica.

Outra ideia é a “internet quântica”: uma rede inteira de comunicações baseada exclusivamente em comunicações quânticas. Para implementar este conceito, no entanto, os pesquisadores precisam “aprender a transferir estados quânticos entre objetos de natureza física diferente – fótons, átomos, pontos quânticos, circuitos supercondutores e assim por diante”, observou Alexander Lvovsky, funcionário da RCC e professor da Universidade de Calgary. em uma conversa com N+1 .

Observe que no momento os cientistas estão teletransportando principalmente os estados dos fótons e dos átomos; Ainda não foi possível teletransportar objetos maiores.

Teletransporte quântico como “o mesmo” teletransporte

Aparentemente, hipoteticamente, o teletransporte quântico ainda pode ser usado para criar cópias de objetos grandes, inclusive humanos - afinal, o corpo também consiste em átomos, cujos estados quânticos podem ser teletransportados. No entanto, no atual estágio de desenvolvimento tecnológico, isso é considerado impossível e relegado ao domínio da ficção científica.

“Somos feitos de oxigênio, hidrogênio e carbono, com uma pequena adição de outros elementos químicos. Se coletarmos o número necessário de átomos dos elementos necessários e, em seguida, usando o teletransporte, levá-los a um estado idêntico ao seu estado no corpo da pessoa teletransportada, obteremos a mesma pessoa. Será fisicamente indistinguível do original, exceto pela sua posição no espaço (afinal, partículas quânticas idênticas são indistinguíveis). É claro que estou exagerando ao extremo - uma eternidade inteira nos separa do teletransporte humano. No entanto, a essência da questão é precisamente esta: partículas quânticas idênticas são encontradas em todos os lugares, mas trazê-las para o estado quântico desejado não é nada fácil”, disse Alexander Lvovsky em conversa com N+1.

O teletransporte quântico é a transferência de um estado quântico à distância. É difícil explicá-lo separadamente; isso só pode ser feito em conjunto com toda a física quântica. Em sua palestra, realizada no âmbito da “Lecture 2035” no VDNH, Alexander Lvovsky, professor da Faculdade de Física da Universidade de Calgary (Canadá), membro do Instituto Canadense de Estudos Superiores, tentou falar de forma simples linguagem sobre os princípios do teletransporte quântico e da criptografia quântica. Lenta.ru publica trechos de seu discurso.

Chave para a fechadura

Criptografia é a arte de comunicar de maneira segura através de um canal inseguro. Ou seja, você tem uma determinada linha que pode ser aproveitada e precisa enviar uma mensagem secreta por ela que ninguém mais possa ler.

Vamos imaginar que, digamos, se Alice e Bob possuem uma chamada chave secreta, ou seja, uma sequência secreta de zeros e uns que ninguém mais possui, eles podem criptografar uma mensagem com essa chave usando uma operação OR exclusiva para que o zero corresponde a zero e um a um. Essa mensagem criptografada já pode ser transmitida por um canal aberto. Se alguém o interceptar, não será grande coisa, porque ninguém poderá lê-lo, exceto Bob, que possui uma cópia da chave secreta.

Em qualquer criptografia, em qualquer comunicação, o recurso mais caro é uma sequência aleatória de zeros e uns, que pertence apenas aos dois que se comunicam. Mas na maioria dos casos, é usada criptografia de chave pública. Digamos que você compre algo com cartão de crédito em uma loja online usando o protocolo HTTPS seguro. Através dele, seu computador se comunica com algum servidor com o qual nunca se comunicou antes, e não teve a oportunidade de trocar uma chave secreta com este servidor.

O segredo deste diálogo é garantido pela resolução de um problema matemático complexo, em particular a fatoração. É fácil multiplicar dois números primos, mas se o seu produto já foi dado, é difícil encontrar dois fatores. Se o número for grande o suficiente, será necessário um computador convencional para calcular por muitos anos.

Porém, se este computador não for comum, mas sim quântico, ele resolverá esse problema facilmente. Quando for finalmente inventado, o método acima amplamente utilizado será inutilizado, o que deverá ter consequências desastrosas para a sociedade.

Se você se lembra, no primeiro livro de Harry Potter, o personagem principal teve que passar pela segurança para chegar à Pedra Filosofal. Aqui está algo semelhante: quem instalou a proteção passará facilmente por ela. Harry passou por momentos muito difíceis, mas no final ele superou.

Este exemplo ilustra muito bem a criptografia de chave pública. Alguém que não saiba poderia, em princípio, ser capaz de decifrar as mensagens, mas seria muito difícil e potencialmente levaria muitos anos. A criptografia de chave pública não oferece segurança absoluta.

Criptografia quântica

Tudo isso explica a necessidade da criptografia quântica. Ela nos dá o melhor dos dois mundos. Existe um método de uso único, que é confiável, mas, por outro lado, requer uma chave secreta “cara”. Para que Alice se comunique com Bob, ela deve enviar-lhe um mensageiro com uma mala cheia de discos com essas chaves. Ele irá consumi-los gradualmente, já que cada um deles só pode ser usado uma vez. Por outro lado, temos o método de chave pública, que é “barato”, mas não oferece confiabilidade absoluta.

Imagem: Museu da Ciência / Globallookpress.com

A criptografia quântica, por um lado, é “barata”, pois permite a transmissão segura de uma chave através de um canal que pode ser hackeado e, por outro lado, garante o sigilo graças às leis fundamentais da física. Seu significado é codificar informações no estado quântico de fótons individuais.

De acordo com os postulados da física quântica, o estado quântico no momento em que se tenta medi-lo é destruído e alterado. Assim, se houver algum espião na linha entre Alice e Bob, tentando espionar ou espionar, ele inevitavelmente mudará o estado dos fótons, os comunicadores perceberão que a linha está sendo grampeada, interromperão a comunicação e entrarão em ação.

Ao contrário de muitas outras tecnologias quânticas, a criptografia quântica é comercial e não ficção científica. Já existem empresas que produzem servidores que se conectam a uma linha regular de fibra ótica, com a qual é possível realizar uma comunicação segura.

Como funciona um divisor de feixe polarizador?

A luz é uma onda eletromagnética transversal que oscila não longitudinalmente, mas transversalmente. Essa propriedade é chamada de polarização e está presente até mesmo em fótons individuais. Eles podem ser usados ​​para codificar informações. Por exemplo, um fóton horizontal é zero e um fóton vertical é um (o mesmo se aplica a fótons com polarização de mais 45 graus e menos 45 graus).

Alice codificou as informações dessa forma e Bob precisa aceitá-las. Para isso, é utilizado um dispositivo especial - um divisor de feixe polarizador, um cubo composto por dois prismas colados. Ele transmite o fluxo polarizado horizontalmente e reflete o fluxo polarizado verticalmente, devido ao qual a informação é decodificada. Se o fóton horizontal for zero e o fóton vertical for um, então, no caso de um zero lógico, um detector clicará e, no caso de um, o outro clicará.

Mas o que acontece se enviarmos um fóton diagonal? Então a famosa aleatoriedade quântica começa a desempenhar um papel. É impossível dizer se tal fóton passará ou será refletido - com 50% de probabilidade de que isso aconteça ou seja. É impossível, em princípio, prever seu comportamento. Além disso, esta propriedade está subjacente aos geradores comerciais de números aleatórios.

O que deveríamos fazer se tivéssemos a tarefa de distinguir polarizações de mais 45 graus e menos 45 graus? Você precisa girar o divisor de feixe em torno do eixo do feixe. Então a lei da aleatoriedade quântica se aplicará aos fótons com polarização horizontal e vertical. Esta propriedade é fundamental. Não podemos perguntar qual é a polarização deste fóton.

Foto: Museu da Ciência / Globallookpress.com

Princípio da criptografia quântica

Qual é a ideia por trás da criptografia quântica? Suponha que Alice envie a Bob um fóton, que ela codifica horizontalmente, verticalmente ou diagonalmente. Bob também joga uma moeda, decidindo aleatoriamente se sua base será horizontal-vertical ou diagonal. Se os métodos de codificação corresponderem, Bob receberá os dados que Alice enviou, mas se não, será algum tipo de bobagem. Eles realizam esta operação milhares de vezes e depois “ligam-se” através de um canal aberto e informam-se em que base fizeram a transferência - podemos assumir que esta informação está agora disponível para qualquer pessoa. A seguir, Bob e Alice poderão eliminar eventos em que as bases eram diferentes e deixar aqueles em que eram iguais (serão cerca de metade delas).

Digamos que algum espião tenha invadido a linha e queira escutar mensagens, mas ele também precisa medir as informações de alguma forma. Imaginemos que coincidiu para Alice e Bob, mas não para o espião. Numa situação em que os dados foram enviados horizontalmente-verticalmente e o bisbilhoteiro mediu a transmissão diagonalmente, ele receberá um valor aleatório e encaminhará algum fóton arbitrário para Bob, pois não sabe o que deveria ser. Desta forma a sua intervenção será notada.

O maior problema da criptografia quântica é a perda. Mesmo a melhor e mais moderna fibra óptica produz perdas de 50% para cada 10 a 12 quilômetros de cabo. Digamos que enviamos nossa chave secreta de Moscou a São Petersburgo - 750 quilômetros, e apenas um em um bilhão de bilhões de fótons alcançará a meta. Tudo isso torna a tecnologia completamente impraticável. É por isso que a criptografia quântica moderna só funciona a uma distância de cerca de 100 quilômetros. Teoricamente, sabe-se como resolver este problema - com a ajuda de repetidores quânticos, mas sua implementação requer teletransporte quântico.

Foto: Perry Mastrovito/Globallookpress.com

Emaranhamento quântico

A definição científica de emaranhamento quântico é um estado deslocalizado de superposição. Parece complicado, mas um exemplo simples pode ser dado. Suponha que temos dois fótons: horizontal e vertical, cujos estados quânticos são interdependentes. Enviamos um deles para Alice e o outro para Bob, que faz medições em um divisor de feixe de polarização.

Quando essas medições são feitas na base horizontal-vertical usual, fica claro que o resultado será correlacionado. Se Alice notou um fóton horizontal, então o segundo, naturalmente, será vertical e vice-versa. Isso pode ser imaginado de forma mais simples: temos uma bola azul e uma vermelha, sem olhar selamos cada uma delas em um envelope e enviamos para dois destinatários - se um receber uma vermelha, o segundo com certeza receberá uma azul.

Mas no caso do emaranhamento quântico, a questão não para por aí. Essa correlação ocorre não apenas na base horizontal-vertical, mas também em qualquer outra. Por exemplo, se Alice e Bob girarem simultaneamente seus divisores de feixe em 45 graus, eles terão novamente uma combinação perfeita.

Este é um fenômeno quântico muito estranho. Digamos que Alice de alguma forma girou seu divisor de feixe e detectou algum fóton com polarização α que passou por ele. Se Bob medir seu fóton na mesma base, ele encontrará uma polarização de 90 graus +α.

Portanto, no início temos um estado de emaranhamento: o fóton de Alice é completamente incerto e o fóton de Bob é completamente incerto. Quando Alice mediu seu fóton e encontrou algum valor, agora se sabe exatamente qual fóton Bob possui, não importa a distância que ele esteja. Este efeito foi repetidamente confirmado por experiências; não é fantasia.

Teletransporte quântico

Digamos que Alice tenha um determinado fóton com polarização α, que ela ainda não conhece, ou seja, está em estado desconhecido. Não existe um canal direto entre ela e Bob. Se houvesse um canal, Alice seria capaz de registrar o estado do fóton e transmitir essa informação a Bob. Mas é impossível conhecer o estado quântico em uma medição, então este método não é adequado. No entanto, entre Alice e Bob existe um par emaranhado de fótons pré-arranjado. Devido a isso, é possível forçar o fóton de Bob a aceitar o estado inicial do fóton de Alice, “chamando” então através de uma linha telefônica convencional.

Aqui está um clássico (embora análogo muito distante) de tudo isso. Alice e Bob recebem, cada um, uma bola em um envelope - azul ou vermelho. Alice quer enviar a Bob informações sobre o que é dela. Para fazer isso, ela precisa “ligar” para Bob e comparar as bolas, dizendo “Eu tenho a mesma” ou “temos bolas diferentes”. Se alguém ouvir esta frase, não será útil saber sua cor.

Como tudo funciona? Temos um estado emaranhado e um fóton que queremos teletransportar. Alice deve fazer uma medição apropriada do fóton teletransportado original e perguntar em que estado o outro está. Ela recebe aleatoriamente uma das quatro respostas possíveis. Como resultado do efeito de cozimento remoto, verifica-se que após essa medição, dependendo do resultado, o fóton de Bob entrou em um determinado estado. Antes disso, ele ficou emaranhado com o fóton de Alice, permanecendo em estado indeterminado.

Alice conta a Bob pelo telefone qual foi o resultado de suas medições. Se o resultado, digamos, for ψ-, então Bob sabe que seu fóton foi automaticamente transformado nesse estado. Se Alice relatou que sua medição deu o resultado ψ+, então o fóton de Bob assumiu a polarização -α. No final do experimento de teletransporte, Bob acaba com uma cópia do fóton original de Alice, e seu fóton e as informações sobre ele são destruídos no processo.

Tecnologia de teletransporte

Agora podemos teletransportar a polarização dos fótons e alguns estados dos átomos. Mas quando escrevem que os cientistas aprenderam a teletransportar átomos, isso é mentira, porque os átomos têm muitos estados quânticos, um número infinito. Na melhor das hipóteses, descobrimos como teletransportar alguns deles.

Minha pergunta favorita é quando acontecerá o teletransporte humano? A resposta é nunca. Digamos que temos o Capitão Picard de Star Trek que precisa ser teletransportado de uma nave para a superfície de um planeta. Para fazer isso, como já sabemos, precisamos fazer mais alguns Picards iguais, colocá-los em um estado emaranhado, que inclui todos os seus estados possíveis (sóbrio, bêbado, dormindo, fumando - absolutamente tudo) e fazer medições em ambos. É claro o quão difícil e irrealista isso é.

O teletransporte quântico é um fenômeno interessante, mas de laboratório. Não se resumirá ao teletransporte de seres vivos (pelo menos num futuro próximo). No entanto, pode ser usado na prática para criar repetidores quânticos para transmitir informações a longas distâncias.

Essa máquina de teletransporte foi construída no filme “Contato”. Com a ajuda dela, a heroína de Jodie Foster viajou para outro mundo, ou talvez não...

Nos mundos de fantasia imaginados por escritores e roteiristas, o teletransporte há muito se tornou um serviço de transporte padrão. Parece difícil encontrar uma maneira tão rápida, conveniente e ao mesmo tempo intuitiva de se mover no espaço.

A bela ideia do teletransporte também é apoiada por cientistas: o fundador da cibernética, Norbert Wiener, em sua obra “Cibernética e Sociedade” dedicou um capítulo inteiro à “possibilidade de viajar pelo telégrafo”. Meio século se passou desde então, e durante esse período chegamos quase perto do sonho da humanidade de tal viagem: o teletransporte quântico bem-sucedido foi realizado em vários laboratórios ao redor do mundo.

Fundamentos

Por que o teletransporte é quântico? O fato é que os objetos quânticos (partículas elementares ou átomos) possuem propriedades específicas que são determinadas pelas leis do mundo quântico e não são observadas no macromundo. Foram justamente essas propriedades das partículas que serviram de base para experimentos de teletransporte.

Paradoxo EPR

Durante o período de desenvolvimento ativo da teoria quântica, em 1935, no famoso trabalho de Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen, “Pode uma descrição mecânica quântica da realidade ser completa?” O chamado paradoxo EPR (paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen) foi formulado.

Os autores mostraram que isso decorre da teoria quântica: se existem duas partículas A e B com um passado comum (espalhadas após uma colisão ou formadas durante o decaimento de alguma partícula), então o estado da partícula B depende do estado da partícula A e esta dependência deverá manifestar-se instantaneamente e a qualquer distância. Essas partículas são chamadas de par EPR e dizem que estão em um estado “emaranhado”.

Em primeiro lugar, lembremos que no mundo quântico uma partícula é um objeto probabilístico, ou seja, pode estar em vários estados ao mesmo tempo - por exemplo, pode ser não apenas “preto” ou “branco”, mas "cinza". No entanto, ao medir tal partícula, sempre veremos apenas um dos estados possíveis - “preto” ou “branco”, e com uma certa probabilidade previsível, e todos os outros estados serão destruídos. Além disso, a partir de duas partículas quânticas você pode criar um estado tão “emaranhado” que tudo será ainda mais interessante: se uma delas for “preta” quando medida, então a outra certamente será “branca”, e vice-versa !

Para entender qual é o paradoxo, primeiro conduzimos um experimento com objetos macroscópicos. Tomemos duas caixas, cada uma contendo duas bolas - preta e branca. E levaremos uma dessas caixas para o Pólo Norte e a outra para o Pólo Sul.

Se retirarmos uma das bolas do Pólo Sul (por exemplo, preta), isso não afetará de forma alguma o resultado da escolha do Pólo Norte. Não é necessário que neste caso encontremos exatamente a bola branca. Este exemplo simples confirma que é impossível observar o paradoxo EPR no nosso mundo.

Mas em 1980, Alan Aspect mostrou experimentalmente que no mundo quântico o paradoxo EPR realmente ocorre. Medições especiais do estado das partículas EPR A e B mostraram que o par EPR não está apenas conectado por um passado comum, mas a partícula B de alguma forma “sabe” instantaneamente como a partícula A foi medida (qual sua característica foi medida) e qual foi o resultado . Se estivéssemos falando das caixas com quatro bolas mencionadas acima, isso significaria que tendo retirado uma bola preta no Pólo Sul, certamente devemos retirar uma branca no Pólo Norte! Mas não há interação entre A e B e a transmissão do sinal superluminal é impossível! Em experimentos subsequentes, a existência do paradoxo EPR foi confirmada, mesmo que as partículas do par EPR estivessem separadas umas das outras a uma distância de cerca de 10 km.

Estas experiências, completamente incríveis do ponto de vista da nossa intuição, são facilmente explicadas pela teoria quântica. Afinal, um par EPR consiste precisamente em duas partículas em estado “emaranhado”, o que significa que o resultado da medição, por exemplo, da partícula A determina o resultado da medição da partícula B.

É interessante que Einstein considerasse o comportamento previsto das partículas em pares EPR como “a ação de demônios à distância” e tinha certeza de que o paradoxo EPR demonstra mais uma vez a inconsistência da mecânica quântica, que o cientista se recusou a aceitar. Ele acreditava que a explicação para o paradoxo não era convincente, porque “se, de acordo com a teoria quântica, o observador cria ou pode criar parcialmente o observado, então um rato pode refazer o Universo apenas olhando para ele”.

Experimentos de teletransporte

Em 1993, Charles Bennett e seus colegas descobriram como usar as propriedades notáveis ​​​​dos pares EPR: eles inventaram uma maneira de transferir o estado quântico de um objeto para outro objeto quântico usando um par EPR e chamaram esse método de teletransporte quântico. E em 1997, um grupo de experimentadores liderado por Anton Zeilinger realizou pela primeira vez o teletransporte quântico do estado de um fóton. O esquema de teletransporte é descrito em detalhes na inserção.

Limitações e frustrações

É de fundamental importância que o teletransporte quântico não seja a transferência de um objeto, mas apenas o estado quântico desconhecido de um objeto para outro objeto quântico. O estado quântico do objeto teletransportado não apenas permanece um mistério para nós, mas também é irreversivelmente destruído. Mas o que podemos ter certeza absoluta é que obtivemos o estado idêntico de outro objeto em outro lugar.

Aqueles que esperavam que o teletransporte fosse instantâneo ficarão desapontados. No método de Bennett, o teletransporte bem-sucedido requer um canal de comunicação clássico, o que significa que a velocidade de teletransporte não pode exceder a velocidade de transferência de dados através de um canal regular.

E ainda não se sabe se será possível passar do teletransporte de estados de partículas e átomos para o teletransporte de objetos macroscópicos.

Aplicativo

Uma aplicação prática para o teletransporte quântico foi rapidamente encontrada - são computadores quânticos onde as informações são armazenadas na forma de um conjunto de estados quânticos. Aqui, o teletransporte quântico revelou-se um método ideal de transmissão de dados, que elimina fundamentalmente a possibilidade de interceptar e copiar as informações transmitidas.

Será a vez da pessoa?

Apesar de todos os avanços modernos no campo do teletransporte quântico, as perspectivas para o teletransporte humano permanecem muito vagas. Claro, quero acreditar que os cientistas vão descobrir alguma coisa. Em 1966, no livro “Soma de Tecnologia”, Stanislav Lem escreveu: “Se conseguirmos sintetizar Napoleão a partir de átomos (desde que tenhamos um “inventário atômico” à nossa disposição), então Napoleão será uma pessoa viva. Se você pegar esse inventário de qualquer pessoa e transmiti-lo “por telégrafo” para um dispositivo receptor, cujo equipamento, com base nas informações recebidas, recriará o corpo e o cérebro dessa pessoa, então ela sairá do receptor dispositivo vivo e saudável.”

No entanto, a prática neste caso é muito mais complicada do que a teoria. Portanto, é improvável que você e eu tenhamos que viajar pelo mundo usando o teletransporte, muito menos com segurança garantida, porque basta um erro e você pode se transformar em uma coleção sem sentido de átomos. O experiente inspetor galáctico do romance de Clifford Simak sabe muito sobre isso e não é à toa que acredita que “aqueles que empreendem a transferência de matéria à distância devem primeiro aprender a fazê-lo corretamente”.

Do ponto de vista físico, teletransportar um tanque do ponto A para o ponto B é muito simples. É preciso pegar um tanque no ponto A, medir todos os seus elementos, fazer desenhos e mandar para o ponto B. Depois, no ponto B, usando esses desenhos, monte o mesmo tanque. Mas com objetos quânticos a situação é muito mais complicada.

Tudo neste mundo é composto de prótons, nêutrons e elétrons, mas esses elementos são todos montados de maneira diferente e se movem de maneira diferente. Cientificamente falando, eles estão em estados quânticos diferentes. E mesmo se tivéssemos uma máquina que pudesse manipular partículas individuais: montar átomos a partir delas, moléculas a partir de átomos, ainda assim não seríamos capazes de teletransportar nem mesmo uma ameba. O fato é que para pequenos objetos quânticos é impossível medir simultaneamente todos os seus parâmetros: ainda poderíamos desmontar um tanque quântico em partes, mas não podemos mais medi-los.

Este é o problema que o teletransporte quântico resolve. Ele permite transferir as propriedades de um objeto para outro objeto em branco: o estado quântico de um átomo para outro átomo, a velocidade e a coordenada de um elétron para outro elétron. A ideia é que, sem qualquer forma de saber em que estado se encontra o átomo original, podemos fazer com que outro átomo esteja no mesmo estado desconhecido, mas específico. É verdade que, neste caso, o estado do primeiro átomo mudará irreversivelmente e, tendo recebido uma cópia, perderemos o original.

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Portanto, o teletransporte é a transferência do estado do átomo original para um átomo vazio. Para fazer isso, os físicos pegam partículas gêmeas especiais. Um par de fótons vermelhos obtidos como resultado do decaimento de um fóton violeta é mais adequado para essa função. Esses fótons gêmeos têm uma propriedade quântica única: não importa quão distantes estejam, eles ainda sentem um ao outro. Assim que o estado de um dos fótons muda, o estado do outro muda imediatamente.

Então, para teletransportar um estado quântico do ponto A para o ponto B, esses dois fótons são levados. Um vai para o ponto A, o outro para o ponto B. O fóton no ponto A interage com um átomo, cujo estado deve ser transferido para o ponto B. O fóton aqui atua como um mensageiro DHL - ele veio até o átomo, pegou um dele um pacote de documentos, privando-o assim para sempre desses documentos, mas coletando as informações necessárias, após o que ele entra no caminhão e retira os documentos. No ponto B, o pacote recebe outro fóton e o leva ao seu novo dono.

No ponto B, são realizadas transformações especiais com o segundo fóton, e então esse fóton interage com o segundo átomo em branco, para o qual o estado quântico desejado é transferido. Como resultado, o átomo em branco se torna um átomo do ponto A. É isso, o teletransporte quântico ocorreu.

A física ainda está muito longe do teletransporte humano, mas já está próxima dos serviços de inteligência e segurança. O teletransporte de estados quânticos pode ser usado para transmitir informações altamente confidenciais. A informação é codificada pelo estado quântico do fóton, após o qual o estado é teletransportado de um espião para outro. Se um espião inimigo tentar interceptar a informação, terá que medir o estado do fóton, o que o danificará irreversivelmente e levará a erros. Nossos espiões perceberão imediatamente esses erros e adivinharão que o inimigo os está espionando. Tudo isso é chamado de criptografia quântica.

O que é emaranhado quântico em palavras simples? Teletransporte - é possível? A possibilidade de teletransporte foi comprovada experimentalmente? Qual é o pesadelo de Einstein? Neste artigo você obterá respostas para essas perguntas.

Freqüentemente encontramos teletransporte em filmes e livros de ficção científica. Você já se perguntou por que o que os escritores criaram acabou se tornando nossa realidade? Como eles conseguem prever o futuro? Acho que isso não é um acidente. Os escritores de ficção científica muitas vezes têm amplo conhecimento de física e outras ciências, o que, combinado com sua intuição e imaginação extraordinária, os ajuda a construir uma análise retrospectiva do passado e a simular eventos futuros.

Com o artigo você aprenderá:

• O que é emaranhamento quântico?

Conceito "emaranhamento quântico" surgiu de uma suposição teórica decorrente das equações da mecânica quântica. Isso significa o seguinte: se 2 partículas quânticas (podem ser elétrons, fótons) forem interdependentes (emaranhadas), então a conexão permanece, mesmo que estejam separadas em diferentes partes do Universo.

A descoberta do emaranhamento quântico explica de alguma forma a possibilidade teórica do teletransporte.

Em suma, então rodar de uma partícula quântica (elétron, fóton) é chamado de seu próprio momento angular. O spin pode ser representado como um vetor e a própria partícula quântica como um ímã microscópico.

É importante entender que quando ninguém observa um quantum, por exemplo um elétron, então ele possui todos os valores de spin ao mesmo tempo. Este conceito fundamental da mecânica quântica é chamado de “superposição”.

Imagine que seu elétron está girando no sentido horário e anti-horário ao mesmo tempo. Ou seja, ele está em ambos os estados de rotação ao mesmo tempo (vetor spin para cima/vetor spin para baixo). Introduzido? OK. Mas assim que um observador aparece e mede seu estado, o próprio elétron determina qual vetor de spin ele deve aceitar - para cima ou para baixo.

Quer saber como o spin do elétron é medido? Ele é colocado em um campo magnético: elétrons com spin oposto à direção do campo e com spin na direção do campo serão desviados em direções diferentes. Os spins dos fótons são medidos direcionando-os para um filtro polarizador. Se o spin (ou polarização) do fóton for “-1”, então ele não passa pelo filtro, e se for “+1”, então passa.

Resumo. Depois de medir o estado de um elétron e determinar que seu spin é “+1”, então o elétron associado ou “emaranhado” com ele assume um valor de spin de “-1”. E instantaneamente, mesmo que esteja em Marte. Embora antes de medir o estado do 2º elétron, ele tivesse os dois valores de spin simultaneamente (“+1” e “-1”).

Este paradoxo, comprovado matematicamente, não agradou muito a Einstein. Porque contradizia a sua descoberta de que não existe velocidade maior que a velocidade da luz. Mas o conceito de partículas emaranhadas provou: se uma das partículas emaranhadas está na Terra, e a segunda está em Marte, então a 1ª partícula, no momento em que seu estado é medido, transmite instantaneamente (mais rápido que a velocidade da luz) para o Informação da segunda partícula qual o valor de spin que ela deve aceitar. Ou seja: o significado oposto.

A disputa de Einstein com Bohr. Quem está certo?

Einstein chamou de “emaranhamento quântico” SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (alemão) ou ação assustadora, fantasmagórica e sobrenatural à distância.

Einstein não concordou com a interpretação de Bohr sobre o emaranhamento de partículas quânticas. Porque isso contradisse sua teoria de que a informação não pode ser transmitida mais rápido que a velocidade da luz. Em 1935, ele publicou um artigo descrevendo um experimento mental. Este experimento foi chamado de “Paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen”.

Einstein concordou que poderiam existir partículas ligadas, mas apresentou uma explicação diferente para a transferência instantânea de informação entre elas. Ele disse "partículas emaranhadas" mais ou menos como um par de luvas. Imagine que você tem um par de luvas. Você coloca o esquerdo em uma mala e o direito na segunda. Você enviou a 1ª mala para um amigo e a 2ª para a Lua. Quando o amigo receber a mala, ele saberá que ela contém uma luva esquerda ou direita. Quando ele abrir a mala e vir que nela há uma luva esquerda, saberá instantaneamente que há uma luva direita na Lua. E isso não significa que o amigo tenha influenciado o fato da luva esquerda estar na mala e não significa que a luva esquerda transmitiu instantaneamente informações para a direita. Isto significa apenas que as propriedades das luvas eram originalmente as mesmas desde o momento em que foram separadas. Aqueles. partículas quânticas emaranhadas inicialmente contêm informações sobre seus estados.

Então, quem estava certo Bohr quando acreditava que as partículas ligadas transmitem informações umas às outras instantaneamente, mesmo que estejam separadas por grandes distâncias? Ou Einstein, que acreditava que não existe conexão sobrenatural e que tudo está predeterminado muito antes do momento da medição.

Este debate deslocou-se para o campo da filosofia durante 30 anos. A disputa foi resolvida desde então?

Teorema de Bell. A disputa foi resolvida?

John Clauser, ainda estudante de pós-graduação na Universidade de Columbia, encontrou em 1967 o trabalho esquecido do físico irlandês John Bell. Foi uma sensação: acontece Bell conseguiu romper o impasse entre Bohr e Einstein.. Ele propôs testar experimentalmente ambas as hipóteses. Para fazer isso, ele propôs construir uma máquina que criasse e comparasse muitos pares de partículas emaranhadas. John Clauser começou a desenvolver tal máquina. Sua máquina poderia criar milhares de pares de partículas emaranhadas e compará-las de acordo com vários parâmetros. Os resultados experimentais provaram que Bohr estava certo.

E logo o físico francês Alain Aspe conduziu experimentos, um dos quais dizia respeito à própria essência da disputa entre Einstein e Bohr. Neste experimento, a medição de uma partícula poderia afetar diretamente outra somente se o sinal da 1ª para a 2ª passasse a uma velocidade superior à velocidade da luz. Mas o próprio Einstein provou que isso é impossível. Restava apenas uma explicação - uma conexão sobrenatural e inexplicável entre as partículas.

Os resultados experimentais provaram que a suposição teórica da mecânica quântica está correta. O emaranhamento quântico é uma realidade ( Wikipédia sobre emaranhamento quântico). Partículas quânticas podem ser conectadas apesar de grandes distâncias. Medir o estado de uma partícula afeta o estado da segunda partícula localizada longe dela, como se a distância entre elas não existisse. A comunicação sobrenatural à distância realmente acontece.

A questão permanece: o teletransporte é possível?

O teletransporte foi confirmado experimentalmente?

Em 2011, cientistas japoneses foram os primeiros no mundo a teletransportar fótons! Um feixe de luz foi movido instantaneamente do ponto A para o ponto B.

Se você quiser que tudo o que lê sobre o emaranhado quântico seja resolvido em 5 minutos, assista a este vídeo maravilhoso.

Vejo você em breve!

Desejo a todos vocês projetos interessantes e inspiradores!

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